[发明专利]一种四轮转向轮毂电机驱动车辆的轮速分配方法

说明书

本发明提供了一种四轮转向轮毂电机驱动车辆的轮速分配方法，属于轮式车辆的牵引控制技术领域。建立车辆侧向动力学连续模型和四轮转向轮毂电机驱动车辆的离散侧向动力学模型；通过计算四轮转向轮毂电机驱动车辆的最优转角控制量；计算四轮转向轮毂电机驱动车辆的侧向运动状态预测值：计算四轮转向轮毂电机驱动车辆的纵向速度预测值：计算车辆坐标系中的轮心速度：计算四轮转向轮毂电机驱动车辆的车轮速度偏角：计算四轮转向轮毂电机驱动车辆的轮胎侧偏角：计算四轮转向轮毂电机驱动车辆的车轮参考转速；计算车轮作纯滚动时的转速预测值等步骤，即可获得四轮转向轮毂电机驱动车辆的每个车轮的转速的预测值，最终实现对车辆的轨迹控制。

技术领域

本发明车辆的牵引控制技术领域。

技术背景

四轮转向轮毂电机驱动车辆具有冗余驱动及转向的技术特征，其拥有优异的机动性能、主动安全性能、轻量化设计性能以及节能环保等技术优势，是未来汽车工业最具发展前景的道路车辆形式之一。轮速分配是四轮转向轮毂电机驱动车辆的关键技术环节。当车辆进行曲线行驶时，轮速分配结果将直接影响车辆行驶状态、轮胎磨耗量以及车辆行驶安全性。现有的轮速分配方法普遍采用刚性轮胎假设以及车辆阿克曼转向几何计算每个轮毂电机车轮的目标转速，该方法具有简单可靠、成本低廉以及实时性能好等优点。但是，车辆实际运行过程是一个强非线性的三维空间运动，车辆在通过曲线路段时，轮胎的侧偏特性与车辆动力学特性往往不可忽略。转速分配技术将为轮毂电机驱动控制提供参考转速，电机驱动器通过双闭环控制来调节轮毂电机输出的动态电磁转矩，可见轮毂电机的参考转速是车辆牵引控制的关键参量。因此，传统方法的轮速分配精度较低，需要进一步地考虑轮胎侧偏特性以及车辆的动力学特性。

发明内容

本发明的目的是提供一种四轮转向轮毂电机驱动车辆的轮速分配方法，它能有效地解决具有独立运动的四轮转速分配的技术问题。

本发明的目的由以下技术方案来实现：一种四轮转向轮毂电机驱动车辆的轮速分配方法，包括以下步骤：

步骤一、建立车辆侧向动力学连续模型：

将四轮转向轮毂电机驱动车辆简化为二自由度模型2DOF，同一轴上的左、右轮胎用一个位于轴中心点的虚拟轮胎替代，2DOF车辆侧向动力学连续模型的状态空间方程表示为：

其中，为x的一阶导数；x为2DOF车辆动力学模型的状态变量列阵，表示为：

x＝[y_f,ψ_z,v_y,ω_z]^T (20)

y_f表示车辆前轴中心在车辆坐标系中的侧向位移；ψ_z表示车辆坐标系中车辆的航向角；v_y、ω_z表示车辆坐标系中车辆质心o处的侧向速度与横摆角速度；T表示对矩阵转置；Φ为状态转移矩阵，表示为：

l_f,l_r分别表示车辆质心到前轴中心与后轴中心的距离；C_αf、C_αr分别表示2DOF车辆模型前、后轮胎的等效侧偏刚度，其中下标αf表示前轮侧偏角，αr表示后轮侧偏角；m表示车辆总质量；I_z表示车辆的横摆转动惯量；v_x表示车辆质心o处的纵向速度，在预测时域中假设为常量通过传感器感知；Γ为控制增益矩阵，表示为：

u为2DOF车辆动力学模型的控制输入矩阵，表示为：

u＝[δ_f,δ_r]^T (23)